Energia di riserva per i sistemi di energia solare

Sempre più famiglie sono dotate di diversi tipi di sistemi fotovoltaici (PV). I moderni moduli PV sono in grado di convertire circa il 20% dell'energia solare in elettricità, il che rende questo tipo di generazione di elettricità molto attraente.

Generatore di energia di backup per sistemi solari senza e con accumulo di energia

Il cuore del sistema PV è l'inverter. Esistono inverter collegati alla rete, ibridi e fuori rete.

Gli inverter collegati alla rete e ibridi sono sincronizzati con la rete pubblica e sono in grado di fornire l'energia in eccesso alla rete pubblica.

Il generatore di energia di backup per sistemi solari non può sostituire la rete pubblica per gli inverter collegati alla rete e ibridi perché non può assorbire l'energia in eccesso. Il feedback dall'inverter può danneggiare il generatore.

Un'eccezione possono essere gli inverter che dispongono di un ingresso aggiuntivo per il generatore, in cui il feedback può essere prevenuto al 100% da sensori di corrente incorporati. Tuttavia, un generatore di questo tipo deve avere parametri di tensione accettabili per l'inverter, il che non è sempre il caso con un generatore di energia convenzionale.

In caso di interruzione dell'alimentazione, il generatore di energia di backup in un sistema solare con un inverter collegato alla rete dovrebbe fornire energia solo ai consumatori elettrici che hanno diritto all'energia di backup, con l'inverter e ogni accumulo di energia AC esistente rimanendo sul lato della rete pubblica e venendo scollegati da tutte le linee tramite un interruttore di trasferimento, in modo che il generatore non funzioni in parallelo all'inverter o all'accumulo di energia AC.

Diagramma di collegamento dell'alimentazione di backup a 230V per il sistema solare quando si utilizzano generatori inverter senza funzione ATS:

È anche possibile un interruttore automatico per l'alimentazione di backup a 230V per i consumatori di energia quando si utilizzano generatori con funzione ATS.

Diagramma di collegamento dell'alimentazione di backup a 230V per il sistema solare con il generatore inverter KS 5500iES ATSR con un'unità ATS esterna KS ATS 4/25 Inverter:

 

Diagramma di collegamento dell'alimentazione di backup a 230V per il sistema solare con il generatore inverter KS 8100iE ATSR con un'unità ATS esterna KS ATS 4/25 Gasoline:

L'alimentazione di backup in tutti i casi descritti è di 230V. In questo modo, in caso di interruzione di corrente, è possibile alimentare quasi tutti i consumatori di energia nella casa. I consumatori trifase (se presenti) devono essere alimentati separatamente. I consumatori trifase con controllo elettronico di solito necessitano di una "pura" onda sinusoidale, che un generatore di corrente convenzionale non può generare. Ulteriori informazioni sull'alimentazione di backup a 230V e 400V possono essere trovate nei nostri materiali informativi.

Se il generatore non deve essere installato permanentemente o si trova lontano dall'interruttore di trasferimento, consigliamo di utilizzare i nostri generatori inverter unici con modulo ATS interno. Tuttavia, questo richiede l'uso di un interruttore di trasferimento automatico esterno con priorità da un lato.

Il generatore monitora la tensione nella presa, che è collegata prima dell'interruttore ed è protetta da un interruttore differenziale e da un interruttore magnetotermico o da un dispositivo di protezione contro le sovratensioni e i contatti (overload and contact protection in one). Questa presa senza il generatore collegato può essere utilizzata come una presa esterna normale. Questa presa è disinserita durante un'interruzione di corrente ed è fondamentale per il controllo ATS del generatore. È un segnale per avviare il generatore.

 

Diagramma di collegamento dell'alimentazione di backup a 230V per il sistema solare con il generatore inverter KS 6000iES ATS Version 2, in cui l'INGRESSO PRINCIPALE monitora i 230V, ma non li inoltra all'uscita in modalità di attesa:

Il generatore nel diagramma di circuito non è installato permanentemente, ma collegato alla presa preinstallata e all'ingresso CEE 230V 32A come richiesto. Ciò significa che il generatore può essere utilizzato anche in movimento se necessario. Naturalmente, è possibile anche un'installazione fissa, ma è necessaria una stanza adatta e un sistema di scarico.

Il generatore è collegato al lato N dell'interruttore di trasferimento automatico, che ha la commutazione prioritaria, quindi quando ritorna l'alimentazione principale, l'interruttore non commuta immediatamente alla rete di servizio, ma solo quando il generatore spegne la sua uscita. Il generatore KS 6000iES ATS versione 2 analizza la tensione alla sua connessione MAINS INPUT per circa 1 minuto e solo allora spegne l'uscita e quindi consente il passaggio all'alimentazione principale. Ciò corrisponde al regolamento secondo cui un dispositivo di commutazione automatica non deve commutare immediatamente sulla rete di alimentazione pubblica, ma con un ritardo di 1 minuto.

L'operazione automatica è possibile solo con il KS 6000iES versione 2 (senza commutazione da MAINS INPUT all'uscita). La funzione ATS deve essere attivata in modo che il generatore si avvii automaticamente se non c'è più tensione nella presa e di conseguenza non c'è più tensione a MAINS INPUT.

Gli inverter ibridi con un sistema di accumulo DC PV passano all'operazione di alimentazione di backup in caso di interruzione di corrente. Nel processo, l'energia fornita dai pannelli solari e conservata nell'unità di accumulo PV viene utilizzata.

I sistemi solari con inverter ibrido di solito hanno una banca di batterie con capacità ridotte, poiché sono destinati solo a immagazzinare l'energia in eccesso per l'uso notturno, ecc. Ma cosa fare quando il sole non splende e l'energia immagazzinata si esaurisce? Allora hai bisogno di un generatore.

In questo caso, consigliamo di caricare l'accumulo di energia (solo CC) da un generatore di alimentazione di backup in modo che l'inverter ibrido possa continuare a fornire energia alla casa come al solito.

Il deposito di energia viene caricato o da un generatore CA con un caricabatterie o da un generatore CC. Il caricabatterie o il generatore CC deve corrispondere all'accumulo di energia PV.

Diagramma di collegamento dell'alimentazione di backup per il sistema solare con il generatore inverter KS 6000iES ATS Version 2, in cui l'INGRESSO PRINCIPALE monitora i 230V, ma non li inoltra all'uscita in modalità di attesa.

L'unità di controllo della tensione della batteria monitora la tensione della batteria e interrompe il 230V alla presa Schuko se la tensione della batteria scende al di sotto del valore impostato. Il generatore si avvia e fornisce la tensione AC al caricatore, il quale a sua volta ricarica l'unità di stoccaggio dell'energia per fornire energia sufficiente all'inverter.

Il KS 6000iES ATS è dotato di una batteria al litio che si carica finché è presente il 230V all'INGRESSO RETE o il generatore è in funzione. La batteria è sempre carica e pronta all'uso. La batteria al litio ha una capacità limitata, ma ha un elevato corrente di avviamento ed è ricaricata relativamente rapidamente dopo l'avvio del generatore.

ATTENZIONE!
Un tale schema di collegamento è possibile solo con il generatore KS 6000iES ATS versione 2! A seconda della progettazione del caricatore (a seconda del fattore di potenza e del tipo di consumo di corrente), la capacità di carica secondo tale schema di collegamento può arrivare fino a 2-4 kW.

Nei sistemi con gestione dell'energia, spesso si tiene conto solo del processo di carica dell'accumulo di energia solare da parte del controller MPPT. Chiedere al produttore del proprio inverter se la carica del banco batterie da una fonte di alimentazione esterna in corrente continua è tecnicamente ammissibile e non comporta errori.

Tale fonte di alimentazione in corrente continua dovrebbe funzionare come un modulo di carica con una caratteristica IU, il che rende impossibile l'uso di una fonte di alimentazione a tensione continua pura. Tale caricatore o modulo di carica dovrebbe avere un cosiddetto "Punto di Massima Potenza" dove la tensione scende quando la corrente in uscita raggiunge il valore massimo. Il compito del modulo di carica non è quello di caricare completamente la batteria, ma almeno parzialmente in modo che l'alimentazione possa essere mantenuta. La carica completa della batteria avviene dai pannelli solari attraverso il regolatore di carica.

L'alimentazione di backup mediante la carica dell'accumulo di energia presenta chiari vantaggi per quanto riguarda i consumatori di energia da alimentare. L'alimentazione è ancora fornita con un'onda sinusoidale "pulita" generata dall'inverter. La potenza massima è ancora determinata dai parametri dell'inverter e dell'accumulo di energia. Il generatore deve solo fare il rabbocco con energia sufficiente.

Nei sistemi in cui il consumo energetico non è costante (ad esempio, in una casa o in un ufficio), il generatore non funzionerà continuamente, ma solo quando necessario. Dopo che la batteria è stata caricata fino alla tensione impostata sul monitor della batteria, il generatore si spegne e i consumatori di elettricità vengono alimentati dalla batteria tramite l'inverter. In questo modo, è possibile garantire un'alimentazione continua a lungo termine, il che è molto importante in caso di prolungati black-out. Il generatore funziona con pause e ha anche il tempo di raffreddarsi. Il carburante è utilizzato in modo ottimale perché il motore non deve funzionare senza carico.

Gli inverter off-grid non alimentano la rete pubblica e forniscono solo energia ai consumatori di elettricità collegati. Questi inverter funzionano in collaborazione con l'accumulo di energia in corrente continua e di solito hanno una connessione per una fonte di alimentazione in corrente alternata esterna che può fornire energia quando necessario.

A seconda dell'impostazione dell'inverter, anche questa fonte di alimentazione in corrente alternata esterna deve essere in grado di fornire energia sufficiente per caricare la batteria. In questo contesto, alcuni inverter hanno un'impostazione aggiuntiva che limita la potenza totale che l'inverter può prelevare da una fonte di alimentazione in corrente alternata esterna. Questa potenza viene quindi suddivisa tra l'accumulo di energia in corrente continua e i consumatori di elettricità da alimentare.

La ricarica delle batterie con una potenza elevata da una fonte di alimentazione in corrente alternata ha specificità che devono essere considerate, specialmente quando si utilizza un generatore. La potenza reattiva e i processi transienti generati durante il processo di carica possono danneggiare il generatore.

La maggior parte dei caricabatterie AC/DC o dei moduli di carica ha un consumo di corrente a impulsi sul lato AC e carica il dispositivo di accumulo di energia a impulsi:

La tensione in corrente alternata è mostrata in giallo. Nel caso dei caricabatterie o dei moduli di carica senza correzione del fattore di potenza, vengono consumati solo i massimi della forma d'onda sinusoidale.

La ricarica della batteria tramite il modulo di carica installato nell'inverter spesso presenta lo stesso problema. La batteria viene caricata in modo estremamente impulsivo:

In giallo a sinistra c'è la tensione della batteria e a destra c'è la tensione di rete. In verde c'è la corrente di carica misurata sul cavo della batteria quando si carica tramite l'inverter.

La corrente di carica di tali moduli di carica è regolata in base alla larghezza dell'impulso, il che può peggiorare il problema del carico irregolare della forma d'onda sinusoidale:

Il sistema di accumulo energetico del sistema fotovoltaico è caricato con 100 impulsi al secondo (a 50Hz di tensione). In questo caso, il sistema non deve essere calcolato solo con i valori RMS, ma bisogna anche tener conto delle ampiezze istantanee.

Il consumo di corrente ad impulsi ha un fattore di potenza compreso tra 0,5 e 0,7, il che può comportare una potenza reattiva elevata. Se si alimenta il caricabatterie o il modulo di carica del carico del modulo dall'energia di rete, questa viene compensata dagli altri consumatori di energia elettrica nell'energia di rete. È diverso quando si utilizza un generatore.

Un generatore e i consumatori di energia formano un sistema chiuso, i cui elementi si influenzano reciprocamente ed è molto importante che si adattino tra loro e che il sistema non oscilli

Il consumo di corrente ad impulsi significa che, nella migliore delle ipotesi, non è possibile utilizzare più della metà della potenza nominale del generatore e devono essere prese misure aggiuntive contro le armoniche causate dal consumo di corrente ad impulsi al fine di stabilizzare il circuito.

Nella pratica, spesso porta a un funzionamento instabile del modulo di carica e persino a danni al generatore come avvolgimenti surriscaldati, regolatori di tensione rotti o moduli inverter.

Nella maggior parte dei casi, gli inverter off-grid fanno passare l'energia di rete esterna e la caricano a impulsi per caricare il proprio sistema di accumulo fotovoltaico, il che può alterare la forma d'onda della tensione di un generatore convenzionale a tal punto da poter influenzare i consumatori di energia sensibili.

Raccomandiamo di utilizzare generatori inverter come fonte di energia in corrente alternata esterna per l'alimentazione di emergenza da inverter off-grid, che possono mantenere molto meglio la loro forma d'onda di tensione, il che può essere molto importante per i consumatori di energia sensibili.

Diagramma di connessione dell'alimentazione di emergenza a 230V per un sistema solare con l'Inverter Generator KS 6000iES ATS Version 2, in cui l'INGRESSO PRINCIPALE monitora i 230V, ma non li inoltra all'uscita in modalità di attesa:

Questa soluzione è da utilizzare SOLO con inverter off-grid e isole di alimentazione!

L'inverter generatore KS 6000iES ATS versione 2 si avvia non appena il controllo della tensione della batteria interrompe la tensione di 230V derivata dall'uscita dell'inverter all'INGRESSO PRINCIPALE del generatore e si arresta quando ritorna.

Si noti che il generatore deve fornire l'energia sia per i consumatori di elettricità da alimentare sia per la ricarica dell'accumulatore di elettricità.

Nel caso di soluzioni off-grid con un inverter off-grid, l'accumulatore di elettricità (CC) può essere caricato da un generatore + caricabatterie, proprio come nei sistemi con inverter ibridi. In questo modo, l'alimentazione trifase dall'inverter può continuare a funzionare.

Diagramma di connessione dell'alimentazione di emergenza per il sistema solare con l'Inverter Generator KS 6000iES ATS Version 2, in cui l'INGRESSO PRINCIPALE monitora i 230V, ma non li inoltra all'uscita in modalità di attesa:

 

Anche l'accumulatore di elettricità CC può essere caricato direttamente da un generatore CC idoneo se ciò è tecnicamente possibile per il rispettivo sistema fotovoltaico.

Esempio di utilizzo del KS 48V-CC in una soluzione di isola di alimentazione:

Esempio di utilizzo del KS 48V-CC con un inverter ibrido con l'accumulatore di elettricità a 48V:

Il generatore a corrente continua è collegato direttamente all'accumulatore di elettricità a 48V per caricarlo direttamente.

Il KS 48V-CC può monitorare direttamente la tensione della batteria o essere controllato esternamente da contatti "a secco".

Il generatore si avvia in modalità AUTO quando viene raggiunto il valore di tensione inferiore di 48V, carica la batteria con una tensione fino a 54V e con una corrente fino a 70A e si spegne quando la tensione raggiunge i 53,5-54V e la corrente di carica scende al di sotto dei 20A. Il generatore può anche essere avviato e spento manualmente o esternamente da contatti PF, consentendo diverse applicazioni e l'integrazione nei sistemi esistenti. Il generatore non ha una propria batteria e utilizza l'energia dalla batteria da alimentare per avviarsi in modalità AUTO e CONTROLLO ESTERNO. È anche possibile avviare manualmente con il tirante del motore.

Esempi di accumulo di batterie CC a 48V supportate:

1. 4 batterie AGM collegate in serie con una gamma di tensione approssimativa di 48-54V
2. Batterie con 14 celle Li-Ion collegate in serie con una gamma di tensione approssimativa di 47-56V
3. Batterie con 16 celle LiFePo4 collegate in serie con una gamma di tensione approssimativa di 48-54V
4. Batterie con 15 celle LiFePo4 collegate in serie con una gamma di tensione approssimativa di 45-51V (modalità CONTROLLO ESTERNO consigliata).

A seconda dell'accumulo di energia e dell'inverter, dovrebbe essere utilizzata la modalità AUTO o CONTROLLO ESTERNO. La funzione del generatore è quella di servire come fonte di alimentazione di riserva e, se necessario, di caricare alcuni kWh di energia nell'accumulo di batterie CC in modo che i consumatori di energia da alimentare tramite l'inverter rimangano alimentati anche quando c'è troppo poca energia solare e senza alimentazione dalla rete DSO (soluzione delle isole di alimentazione o guasto della rete elettrica). Quindi, il generatore di solito funziona per circa 1-2 ore e si spegne. La casa è alimentata dall'accumulo di batterie CC, che può anche compensare i picchi di potenza quando il generatore è in funzione.

Di solito, una casa consuma solo poche centinaia di watt in modo continuo e solo quando viene acceso un dispositivo potente, il consumo di elettricità aumenta di alcuni kW, momento in cui l'energia può provenire sia dal generatore che dall'accumulo di batterie, poiché i due funzionano in parallelo. In questo modo, il consumo di energia può superare l'uscita del generatore per un breve periodo e l'alimentazione della casa può continuare come al solito.

Il generatore in modalità AUTO si spegne quando la corrente scende al di sotto di 20A. Tempo di risposta circa 30 secondi. Se il consumo di energia nella casa è costantemente superiore a 1 kW, si consiglia di utilizzare la modalità CONTROLLO ESTERNO o di spegnere manualmente il generatore.

Grazie a diverse modalità di funzionamento, il generatore può essere integrato in diversi sistemi di alimentazione elettrica.

Un generatore CC è molto più efficiente dal punto di vista del consumo di carburante e consente un'alimentazione di emergenza ininterrotta per diversi giorni, poiché il generatore funziona con pause e ha abbastanza tempo per raffreddarsi.

Il generatore CC svolge la stessa funzione di un pannello solare + regolatore di carica ed è molto più efficace della combinazione "generatore CA + caricabatterie". La corrente di carica del generatore CC non è impulsiva (c'è solo un'onda sinusoidale) e raggiunge quindi valori effettivi molto più elevati agli stessi massimi, il che è anche molto importante per le batterie e i regolatori BMS (per le batterie al litio).

Il generatore CC ha avvolgimenti multipli e controllo elettronico, il che rende la corrente in uscita molto più regolare. Ecco come appare la corrente di carica (in verde) di una batteria LiFePo4 (un caso estremo) a 40A e 70A di corrente (valore RMS):

L'oscillazione della tensione in uscita del generatore CC è bassa, il che può comunque causare un'oscillazione della corrente di carica in una batteria LiFePo4. Con l'incremento della corrente di carica, aumenta la differenza tra la tensione della batteria stessa e la tensione del generatore, il che può portare a una riduzione dell'oscillazione della corrente di carica.

Un generatore CC per caricare le batterie è una buona soluzione da tutti i punti di vista e in alcuni casi non c'è di meglio, se ce n'è uno.

Puoi collegare in parallelo diversi KS 48-DC per aumentare le prestazioni complessive o per garantire l'alimentazione per un periodo più lungo.

Tutti i KS 48-DC sono collegati alla barra collettore a 48V, a cui sono collegate anche altre fonti CC, accumuli di energia e inverter.

A seconda della potenza richiesta, un certo numero di generatori può essere attivato tramite controllo esterno, messi in funzione in modo alternato, ecc.

Se tutti i generatori CC collegati alla barra collettore a 48V sono in modalità AUTO, partirà solo un generatore, con l'elettronica di controllo che reagirà un po' prima, mentre gli altri verranno avviati solo se necessario, ad esempio se la potenza del primo generatore da solo non è sufficiente e la tensione dell'accumulo di batterie continua a scendere, o se si è verificato un guasto nel primo generatore. Quindi i generatori CC si supporteranno a vicenda, per così dire, per mantenere la tensione sulla barra collettore a 48V. Questa proprietà è molto importante nei sistemi che richiedono diversi kW di potenza. Si utilizzano semplicemente diversi KS 48-DC per coprire in modo sicuro il fabbisogno di energia. Parte dei generatori può rimanere in riserva nel caso in cui uno dei generatori CC attivi si guasti (ad esempio, esaurisca la benzina).

Ecco un esempio di come utilizzare contemporaneamente più KS 48-DC:

Avvertenza

Queste istruzioni possono essere prese solo come raccomandazione, sono illustrative e devono essere adattate alle circostanze e alle condizioni locali esatte durante l'installazione. L'installazione stessa deve essere eseguita in conformità a tutti gli standard e le normative. Non ci assumiamo alcuna responsabilità per installazioni errate e le loro conseguenze.